[发明专利]一种基于声超表面的声波反射调控装置

说明书

本发明涉及一种基于声超表面的声波反射调控装置，所述装置由一个通道、若干个依次等距离排列的腔体和反射板组合而成；反射板设置于腔体的一端。本发明所述装置具有很高的反射率，结构简单，可以用3D打印将结构打印出来，实现多种角度的反射。克服了独立设计结构带来的固有损耗，也避免了过去结构的复杂设计，损耗高，体积庞大，成本高昂的缺点，本发明的结构简化与声波反射单元之间的耦合给声学功能器件的制备减少了工序，提高了制备精度，性能将得到进一步的提升。

技术领域

本发明涉及声学超表面材料领域，更具体地，涉及一种基于声超表面的声波反射调控装置。

背景技术

声学超表面是一种由人工微单元构成的亚波长超薄二维表面结构，主要由于其具备平面、超薄等独特物理特性及对声波的灵活调控能力，发展也一直备受关注。声学超表面基于亚波长厚度，由于它的小尺寸，结构设计灵活且简单，以这种基础往往更容易产业化与集成化，主要的核心是通过特定声波反射单元的设计来精确的调控声波波前达到相位的排布，从而实现对声波的任意操控与产生许多奇特的现象。超表面的设计则是通过控制内部单元的结构大小、介质材料或方向位置来实现离散的相位梯度变化且满足0-2π相位范围覆盖，通过排布单元从而实现任意相位的调制，产生不同于传统的波操控能力。这种的设计思想，打破了某些表现自然规律的限制，在亚波长的单元结构下，调节相位突变实现对声波更加灵活高效的调控。

超表面是一种厚度远小于工作波长的人工超薄层状材料，可以对声波的幅度、相位等多种属性进行灵活有效的调控，从而实现多样化的超常性质。声波入射到经过人工特定排布的表面后会在反射或者折射的界面上遵循广义斯涅尔定律，而过去调控反射主要是根据通过逐个单元的设计，并且结构形状复杂，迫使声波产生一定的相位延迟，并通过采样出离散单元的相位差，从而达到所需的单元结构来调控声波的反射或折射。

经典的声学超表面的设计是建立在广义斯涅尔定律的理论思想上，而为了相位突变往往需要众多形态多样化的声波反射单元去提供额外的相位补偿，且复杂的设计和存在的固有损耗会使其在实际应用中受到一定的限制。

在声超表面单元设计中，声波反射单元大部分为单独设计，其相互之间的耦合效应往往被忽略，通过研究表明这些问题会导致在处理大角度声场调控时，会出现旁瓣等现象，造成反射率大大降低的问题。

如专利CN107293283A提供了一种声学超表面和声波聚焦装置，声学超表面包括：多个第一声波反射单元和多个第二声波反射单元，多个第一声波反射单元与多个第二声波反射单元相互连接且位于同一平面上，第一声波反射单元与第二声波反射单元的出射声波的相位延迟差为180度，第一声波反射单元与第二声波反射单元对入射声波具有相同的透射率；第一声波反射单元和第二声波反射单元分别包括：一体式连接的上平板和下平板，上平板的下表面上均匀设置有多个矩形凸起；上平板上的两个相邻的矩形凸起的中间设置有第一缝隙，下平板上设置有第二缝隙。虽然该专利可以通过调整声学超表面单元的排布方式或排布顺序，实现对不同的声波调节的功能。但仍然会出现旁瓣等现象，造成反射率降低的问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的声超表面在处理大角度声场调控时，会出现旁瓣等现象，造成反射率降低的问题，提供一种基于声超表面的声波反射调控装置。

所述装置由至少两个依次等距离排列的声波反射单元组成；所有声波反射单元的通道开口方向相同，且通道宽度不同，每相邻两个声波反射单元之间的距离为0.03λ，λ为声波波长。

以往的声超表面的声波反射调控装置的设计中，声波反射单元大部分为单独设计，其相互之间的耦合效应往往被忽略，通过研究表明这些问题会导致在处理大角度声场调控时，会出现旁瓣等现象，造成反射率大大降低的问题。

本发明将声波反射单元排列好以后当做一个整体，一方面考虑到了整体的性能，另一方面由于各声波反射单元的通道宽度不同，使得机构单元的相位覆盖了较宽的范围，可实现多种角度的反射，从而具提高了反射率。